華中農(nóng)業(yè)大學園藝植物生物學教育部重點實驗室聞瑋瑋和匡漢暉教授課題組在萵苣進化和代謝生物學研究領域取得新進展。研究團隊利用189份包含野生和栽培萵苣材料的轉錄組和代謝組數(shù)據(jù)，系統(tǒng)地研究了初生代謝網(wǎng)絡及其在不同萵苣類型間的變異，并挖掘到與萵苣初生代謝通路馴化及類型分化相關的多個關鍵基因。相關研究成果于以“Dissection of the domestication-shaped genetic architecture of lettuce primary metabolism”為題發(fā)表在The Plant Journal上。
現(xiàn)代栽培萵苣（Lactuca sativa）包含多種栽培類型，如結球型（crisprhead）、奶油型（butterhead）、散葉型（looseleaf）、羅馬型（romaine）和萵筍型（stem）?，F(xiàn)代栽培萵苣是由Lactuca serriola馴化而來（deVries, 1997）?？餄h暉教授團隊前期研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代栽培萵苣是由一次單一的馴化事件起源，經(jīng)歷上千年的時間在不同國家及地區(qū)慢慢演變成了現(xiàn)代的各種栽培類型（Zhang et al., 2017）。隨著萵苣馴化歷程的揭示，新的問題也應運而生：除了那些易于觀察的形態(tài)學變化，那些肉眼不可見的且與萵苣營養(yǎng)品質密切相關的代謝產(chǎn)物在萵苣馴化及類型分化中發(fā)生了哪些改變？
圖一：初生代謝產(chǎn)物在不同萵苣類型間的變異
該研究中，研究人員測定了189份萵苣材料的77種初生代謝產(chǎn)物，基于代謝數(shù)據(jù)的PCA、PLS-DA、Qst-Fst等多種方法發(fā)現(xiàn)野生萵苣與栽培萵苣存在明顯的差異，符合萵苣單一馴化起源的假說。然而相較于基因組水平，五大栽培類型的萵苣間，在代謝水平并未形成明顯分化（圖一）。研究人員進一步發(fā)現(xiàn)代謝物肌醇半乳糖苷（galactinol）、蘋果酸（malate）、奎寧酸（quinate）和蘇糖酸（threonate）可能在萵苣的馴化或者類型分化的過程中有著重要的意義。全基因組關聯(lián)分析鑒定了154個mQTL位點，并且挖掘出與綠原酸（Chlorogenic acid）、奎寧酸和肌醇半乳糖苷等含量變異關聯(lián)的功能基因和等位變異，并發(fā)現(xiàn)多個位點位于選擇性清除區(qū)域（selective sweep）。研究中，利用另一萵苣群體對位于選擇清除區(qū)域的候選基因進行了驗證并推測HQT等基因在啟動子區(qū)域的變異可能導致其啟動子活性發(fā)生變化，進而影響了其表達水平以及奎寧酸和綠原酸在野生及栽培萵苣中的含量變化。
研究人員還對萵苣馴化和類型分化中初生代謝物的變異進行了系統(tǒng)的研究，并解析了其遺傳基礎。研究發(fā)現(xiàn)，栽培萵苣中奎寧酸與綠原酸的含量均明顯低于野生萵苣。鑒于綠原酸在食品和保健方面的重要的作用，該研究對萵苣的營養(yǎng)成分改良和品質提升提供了信息和線索。
華中農(nóng)業(yè)大學園藝林學學院博士研究生張維奕和德國馬克斯普朗克研究所Saleh Alseekh博士為論文并列第一作者，聞瑋瑋、匡漢暉和馬克斯普朗克研究所Alisdair R. Fernie教授為論文共同通訊作者。該項目得到國家重點研發(fā)項目以及華中農(nóng)業(yè)大學自主創(chuàng)新計劃的支持。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/tpj.14950
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